全網最適合入門的物件導向程式設計教程：42 Python 常用複合資料型別-collections 容器資料型別

摘要：

在 Python 中，collections 模組提供了一組高效、功能強大的容器資料型別，擴充套件了內建的基礎資料型別（如 list、tuple、dict 等），這些容器資料型別在處理特定問題時，能夠提供更簡潔、更高效的解決方案。

原文連結：

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文件和程式碼獲取：

可訪問如下連結進行對文件下載：

https://github.com/leezisheng/Doc

本文件主要介紹如何使用 Python 進行物件導向程式設計，需要讀者對 Python 語法和微控制器開發具有基本瞭解。相比其他講解 Python 物件導向程式設計的部落格或書籍而言，本文件更加詳細、側重於嵌入式上位機應用，以上位機和下位機的常見串列埠資料收發、資料處理、動態圖繪製等為應用例項，同時使用 Sourcetrail 程式碼軟體對程式碼進行視覺化閱讀便於讀者理解。

相關示例程式碼獲取連結如下：https://github.com/leezisheng/Python-OOP-Demo

正文

Python 內建的資料型別和方法，collections 模組在這些內建型別的基礎提供了額外的高效能資料型別，比如基礎的字典是不支援順序的，collections 模組的 OrderedDict 類構建的字典可以支援順序，collections 模組的這些擴充套件的類用處非常大，熟練掌握該模組，可以大大簡化 Python 程式碼，提高 Python 程式碼逼格和執行效率。

其中，命名元組 namedtuple 和雙端佇列 deque 在前面的文章中，我們已經提及，我們對其他的資料型別進行講解。

Counter 計數字典子類

Counter 是一個用於計數的字典子類，主要用於統計可雜湊物件的出現次數。它支援常見的計數操作，如最常見的元素、總計數等，最常見的應用便是文字處理中的詞頻統計。

from collections import Counter

# 統計字串中每個字元的出現次數
c = Counter('abracadabra')
print(c)  # Counter({'a': 5, 'b': 2, 'r': 2, 'c': 1, 'd': 1})

# 統計列表中元素的出現次數
c = Counter(['apple', 'banana', 'apple', 'orange', 'banana', 'apple'])
print(c)  # Counter({'apple': 3, 'banana': 2, 'orange': 1})

# 獲取最常見的元素
print(c.most_common(1))  # [('apple', 3)]

# 更新計數
c.update(['apple', 'kiwi'])
print(c)  # Counter({'apple': 4, 'banana': 2, 'orange': 1, 'kiwi': 1})

# 減少計數
c.subtract(['banana', 'orange'])
print(c)  # Counter({'apple': 4, 'banana': 1, 'kiwi': 1, 'orange': 0})

OrderedDict 有序字典

OrderedDict 是一個字典子類，記錄元素的插入順序。自 Python 3.7 起，內建字典也保持插入順序，但 OrderedDict 仍提供一些額外的方法，如 move_to_end 等方法來調整元素位置。

from collections import OrderedDict

# 建立一個OrderedDict
od = OrderedDict()
od['a'] = 1
od['b'] = 2
od['c'] = 3
print(od)  # OrderedDict([('a', 1), ('b', 2), ('c', 3)])

# 移動元素到末尾
od.move_to_end('a')
print(od)  # OrderedDict([('b', 2), ('c', 3), ('a', 1)])

# 移動元素到開頭
od.move_to_end('c', last=False)
print(od)  # OrderedDict([('c', 3), ('b', 2), ('a', 1)])

defaultdict 預設值字典

defaultdict 是一個字典子類，提供了預設值機制。當訪問不存在的鍵時，會自動建立一個預設值，而不是丟擲 KeyError。

from collections import defaultdict

# 使用list作為預設工廠
dd = defaultdict(list)
dd['fruits'].append('apple')
dd['fruits'].append('banana')
print(dd)  # defaultdict(<class 'list'>, {'fruits': ['apple', 'banana']})

# 使用int作為預設工廠（適用於計數）
dd = defaultdict(int)
dd['apples'] += 1
dd['oranges'] += 2
print(dd)  # defaultdict(<class 'int'>, {'apples': 1, 'oranges': 2})

# 使用lambda自定義預設值
dd = defaultdict(lambda: 'unknown')
print(dd['name'])  # 輸出: 'unknown'

ChainMap 對映鏈

ChainMap 是一個用於將多個字典或對映視為一個單一對映的類。它維護了一個字典列表，並在查詢時按順序搜尋這些字典。它可以將多個字典合併為一個邏輯對映，同時修改 ChainMap 中的任何一個字典都會反映在整個對映中，並且可以控制查詢時字典的優先順序。常用於配置管理，將多個配置字典合併為一個配置對映，或實現作用域巢狀，如變數解析時查詢區域性和全域性作用域。

from collections import ChainMap

dict1 = {'a': 1, 'b': 2}
dict2 = {'b': 3, 'c': 4}
dict3 = {'c': 5, 'd': 6}

# 建立ChainMap
cm = ChainMap(dict1, dict2, dict3)
print(cm)  # ChainMap({'a': 1, 'b': 2}, {'b': 3, 'c': 4}, {'c': 5, 'd': 6})

# 查詢鍵
print(cm['a'])  # 輸出: 1
print(cm['b'])  # 輸出: 2 (來自dict1)
print(cm['c'])  # 輸出: 4 (來自dict2)

# 新增新鍵
cm['e'] = 7
print(dict1)  # {'a': 1, 'b': 2, 'e': 7}

# 更新優先順序
cm = cm.new_child(dict3)
print(cm)  # ChainMap({'c': 5, 'd': 6}, {'a': 1, 'b': 2, 'e': 7}, {'b': 3, 'c': 4}, {'c': 5, 'd': 6})

自定義字典、列表和字串的基類

UserDict、UserList 和 UserString 是為使用者建立自定義字典、列表和字串提供的基類。它們透過封裝內建資料型別，使得繼承和擴充套件更加簡單和安全。它們提供了可以繼承和重寫的方法，簡化自定義容器的實現；並且內部使用一個獨立的儲存結構，避免直接修改內建型別的行為。常用於實現特定行為的容器，如自動轉換鍵、限制元素型別等。

from collections import UserDict, UserList, UserString

# 自定義字典，所有鍵轉換為小寫
class MyDict(UserDict):
    def __setitem__(self, key, value):
        super().__setitem__(key.lower(), value)

md = MyDict()
md['A'] = 1
print(md)  # {'a': 1}

# 自定義列表，限制只能新增整數
class MyList(UserList):
    def append(self, item):
        if isinstance(item, int):
            super().append(item)
        else:
            raise TypeError('Only integers are allowed')

ml = MyList()
ml.append(1)
print(ml)  # [1]
# ml.append('a')  # 會丟擲TypeError

# 自定義字串，所有字元大寫
class MyString(UserString):
    def upper(self):
        return MyString(self.data.upper())

ms = MyString('hello')
print(ms.upper())  # 'HELLO'

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